提高GPS高程拟合精度的方法和措施

提高ＧＰＳ高程拟合精度的方法和措施

摘要:在GPS定位中高程的精度通常较差,这也是造成高程信息没有得到广泛应用的一个重要原因,所以为了能充分利用GPS定位中的高程信息,还必须设法挖掘GPS测高的精度潜力,必须对影响GPS测高精度的原因进行分析,进而提出消除,削弱上述各种误差影响的方法和措施。

关键词:GPS定位;高程信息

1影响GPS水准拟合精度的误差来源

利用GPS高程拟合的方法来求定GPS点正常高,主要是通过在合理布设实测网的同时联测一定数量GPS点水准高程,利用相关的软件先解算出各点的大地高,再通过选择最佳拟合模型来解求我们所要的正常高。因此影响GPS高程拟合误差的主要有:GPS大地高精度、重合点几何水准精度、公共点的密度与分布情况、GPS高程拟合模型的选择等。下面我们将从这几个角度来探讨一下影响GPS水准拟合精度的主要误差来源及主要的误差。

(1)GPS测量本身的影响

(2)大地水准面模型的影响

(3)高程基准面方面的影响

用GPS高程拟合求定正常高的误差主要包括以下几种:

(1)GPS自身测定大地高误差m1

一般情况下,可认为此项误差是GPS测定相邻点基线误差的两倍左右。若按接收机测定基线的标定精度为±10mm+2ppm×D,当平均边长为2km时,则该项误差为m1=(±10mm+2ppm×2km)×2=±28.0mm。

(2)GPS外业观测时仪器高量取误差m2

此误差直接影响GPS点大地高,可采用合适的仪器高量取方法,取测前和测后的仪器高中数作最终结果,来有效减弱仪器高量取误差对大地高的影响。一般认为m2≤±2mm。

(3)固定点几何水准联测误差m3

其取决于联测固定点的几何水准等级和测量精度,可用式来估算,L为GPS网平均边长,mL为水准路线每公里中误差,当用三等水准联测固定点时,若取L=2km 时,m3=±8.5mm。

(4)坐标转换误差m4

GPS 测出的大地高属WGS-84 系统,需转换成我国1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系,转换时一般只考虑两种坐标系之间的平移参数和椭球的差别,我国境内,当两点间距为10km时,m3最大值约为±7mm。若m0=±2m,则m3约为±3mm。可见由坐标转换产生的误差,对局部GPS 网中水准精度影响是很小的。

(5)拟合模型误差m5

据有关资料,采用平面、曲面、多面函数拟合,只要有足够密度和精度的固定点,可以认为m4≤±2.0mm。但由于似大地水准面不是一个规则的曲面,不同地区变化规律完全不同,大量试验已表明:同一测区,不同数量的已知点,或已知点不同分布,拟合精度就不同;有时,采用不同模型其结果也不相同,故拟合计算产生的误差有待于进一步研究。

2提高GPS高程拟合精度的方法与建议

从理论研究和实践经验可知,提高GPS高程拟合精度,应注意以下几个方面:

2.1提高大地高测定的精度。

大地高测定的精度是影响GPS水准精度的主要因素之一。因此,要提高GPS 水准的精度,必须有效地提高大地高测定的精度,其方法主要有:

①精确量取仪器高;

②提高局部GPS 网基线解算的起算点坐标的精度;

③改善GPS 星历的精度;

④选用双频GPS 接收机;

⑤观测时应选择最佳的卫星分布;

⑥减弱多路径误差和对流层延迟误差。

2.2提高联测几何水准的精度。

据分析,采用四等几何水准联测的,约占GPS水准总误差的30%。因此,尽量采用三等几何水准来联测GPS点。对有特殊应用的GPS网,用二等精密水准来联测,以利有效地提高GPS 水准的精度。联测的水准点应均匀分布于GPS所控制的整个测区,这一点尤为重要,待定点精度在很大程度上取决于已知点的分布状况。当已知点均匀分布于整个测区时,待定点精度高。

2.3提高GPS水准计算的精度。

①当参与计算的数据含有粗差或某些点的精度不高时,就应该采用抗差的方法,使得粗差数据不“污染”模型。有时还得对模型参数进行显著性检验,求得最佳模型;

②选择模型的时候应优先考虑综合性的模型;

③要保证适当数量的已知点数,选择合适的拟合方法当己知点均匀分布于整个测区时,其点数越多,GPS水准高程拟合的精度越高。但当已知点达到一定数量时,再增加已知点数,既不能显著地提高待定点的精度,又要增加成本开支。己知点数过少,常常会给高程拟合带来一定的系统偏差。已知点数多少合适,取决于测区的面积和形状。一般对于小测区来说,已知点数以4-5个为宜,采用平面拟合法。对于较大测区,己知点数以6-10个为宜,采用二次曲面拟合法。对于狭长或线状测区,在确定己知点数时,不能仅看面积,主要看其长度。对于线状测区,宜选择多项式曲线拟合法。在进行GPS水准高程拟合时,应把其中的1-2个已知点先不作为已知点,而作为检查点,以检查拟合效果。在检查合格后,再让检查点作为己知点参与拟合。

④已知点应均匀分布于整个测区这一点尤为重要,待定点精度在很大程度上取决于已知点的分布状况。当已知点均匀分布于整个测区时,待定点精度高。在进行GPS水准高程拟合时,一定要使己知点均匀分布于整个测区,并具有一定的代表性。宁可已知点数少,也不能因凑数而使已知点分布不均匀,更不能使己知点集中在测区的一侧。要是整个测区比较大,可以考虑分区的方法进行高程转换。

结束语

需要指出的是要提高GPS高程拟合的精度,必须确保GPS网图形布设合理,精确地测定控制点的大地高;选择数量足够、点位分布合理的水准已知点进行联测,并提高联测几何水准的精度;选择合适的拟合模型,解算GPS控制点的高程异

常,进而解算正常高;其结果基本达到四等水准的精度要求。

参考文献:

[1]潘柏龙,潘自立.GPS高程拟合模型确定.中国报刊杂志大全.

[2]徐绍铨,李航征[J].拟合法求定GPS点的正常高.